Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Старение мозга — это процесс постепенного изменения мозга в пожилом возрасте, включая изменения, которые происходят во всех индивидуалах по мере старения, и изменения, обусловленные специфическими болезнями (включая нераспознанные). Обычно при использовании данного термина имеют в виду мозг человека.
Поскольку продление жизни уместно только в том случае, если оно сопровождается продлением здоровой жизни и, ещё более важно, сохранением здоровья мозга и когнитивных способностей, нахождение омолаживающих подходов, действующих одновременно на периферические ткани и на мозговые функции, является ключевой стратегией развития омолаживающих технологий[1].
Старение является основным риск-фактором для большинства нейродегенеративных болезней, включая лёгкие когнитивные нарушения[англ.] и болезни, ассоциированные с деменцией (такие как болезнь Альцгеймера, цереброваскулярные болезни, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз)[2][3]. Хотя было проведено много исследований, сфокусированных на болезнях пожилого возраста, имеется лишь немного исследований по изменениям, происходящих в стареющем мозге при отсутствии нейрогенеративных болезней, и по нейропсихологическому профилю людей, достигших преклонного возраста без нейрогенеративных заболеваний. Имеющиеся исследования позволяют полагать, что процесс старения мозга обуславливается несколькими структурными, химическими и функциональными типами изменений в нём, а также с рядом нейрокогнитивных[англ.] изменений. Последние исследования на модельных организмах свидетельствуют, что по ходу старения происходят значительные изменения в экспрессии генов на уровне отдельно взятых нейронов[4]. Эта статья посвящена обзору изменений, ассоциированных со старением человеческого мозга, включая старение без сопутствующих заболеваний.
Содержание
Структурные изменения
Старение связано со многими физическими, биологическими, химическими и психологическими изменениями, происходящими в мозге. Учёные пытаются комплексно описать эти изменения с помощью концептуальных моделей. Примером является созданная в 2009 году "Scaffolding Theory of Aging and Cognition" (STAC). Модель STAC основана на таких факторах, как нейронные изменения в белом веществе, истощение дофамина, усыхание и истончение коры больших полушарий[5]. Компьютерная томография обнаружила, что по мере старения происходит расширение желудочков мозга. Более поздняя магнитно-резонансная томография показала возрастные региональные уменьшения в объёме головного мозга[6][7]. Это уменьшение объёма не является равномерным: некоторые участки мозга сжимаются со скоростью до 1% за год, в то время как другие участки отстаются относительно стабильными до конца жизни[8]. Мозг имеет очень сложное строение и состоит из многих различных областей и типов тканей. Различные функции различных тканей мозга подвергаются возрастным изменениям в разной степени[6]. Вещество мозга можно разделить на серое вещество и белое вещество.
Потеря нейронных сетей и пластичности мозга
Пластичность мозга характеризует способность мозга изменять свою структуру и выполняемые участками мозга функции[9][10]. Если мозг не задействует функцию какого-то своего участка, то выделяет меньше ресурсов на поддержание данного участка и выполняемой им функции. Это можно описать фразой "если вы не используете это, вы теряете это". Одним из предполагаемых механизмов, приводящих к наблюдаемому возрастному уменьшению пластичности мозга у животных, являются изменения в регулировании процессов кальциевого обмена[англ.][11]. Изменения в способности организма управлять кальцием сказывается на способности нейронов возбуждаться и продвигать потенциал действия, что в свою очередь влияет на способность мозга изменять свою структуру и функции отделов. Вследствие сложности устройства мозга выглядит логичным, что некоторые его участки подвержены старению в большей степени чем другие. Здесь стоит упомянуть существование двух схем нейронов: гиппокампусной и неокортексной[12]. Есть предположение, что возрастное уменьшение когнитивных способностей связано не только с гибелью нейронов, но также частично обусловлено изменением свойств синапсов. Эксперименты на животных дают основания полагать, что возрастной когнитивный дефицит также частично происходит от изменения активности ферментов и химических переносчиков сигналов, а также от изменения экспрессии генов в клетках мозга[12].
Утоньшение коры головного мозга
Развитие магнитно-резонансной томографии позволило рассматривать структуру мозга живых организмов, включая людей, в больших деталях бесконтактным способом. Группа учёных опубликовала исследование, согласно которому серое вещество мозга уменьшается в объёме в период между взрослостью и старостью. Белое вещество увеличивается в период 19–40 лет, а затем тоже уменьшается[13]. Исследования на основе воксельной морфометрии[англ.] идентифицировали зоны, такие как островковая доля и верхняя теменная извилина, которые наиболее подвержены процессу потери серого вещества у пожилых людей[13]. Согласно исследованию другой группы учёных, первые 6 десятилетий жизни человека происходит наиболее быстрое уменьшение плотности серого вещества. Это происходит в дорсальной[англ.], лобной и теменной долях на обеих межполушарной[англ.] и боковой поверхностях мозга. Но при этом некоторые другие области, такие как поясная кора и затылочная доля, возрастному уменьшению серого вещества, по-видимому, не подвержены[13]. Возрастные эффекты на плотность серого вещества в задней части височной доли проявляются более преимущественно в левом полушарии по сравнению с правым[13]. Было также обнаружено, что ширина борозд мозга увеличивается не только с возрастом[14], но и с упадком когнитивных способностей в пожилом возрасте[15].
Морфология и микроструктуры
Возрастное уменьшение серого вещества вносит основной вклад в уменьшение объёма мозга в целом.
Более того, по-видимому, уменьшается плотность нейронов мозга, изменяются микроструктуры белого вещества, а также изменяется энергетический метаболизм в мозжечке[16].
При старении происходит общая атрофия коры головного мозга, а также подобные изменения в других отделах, к примеру, уменьшение объёма хвостового ядра[17].
Возрастная морфология нейронов
Большинство когнитивных нейробиологов по всему миру сходятся во мнении, что возрастное уменьшение умственных способностей в основном происходит не вследствие потерь нейронов и гибели клеток, а вероятно, от мелких региональных изменений в морфологии нейронов[11]. Исследование на человекообразных и нечеловекообразных приматах показало, что дендритные ветви и дендритные шипики пирамидальных нейронов по мере старения уменьшаются в размерах и/или в количестве в определённых регионах и слоях коры головного мозга (Duan et al., 2003; morph). В случае человека было зафиксировано уменьшение на 46% в количестве дендритных шипиков и их плотности у тех, кому более 50 лет, по сравнению с молодыми[12]. С помощью электронного микроскопа было обнаружено, что обезьяны в старом возрасте (27–32 лет) по сравнению с молодыми (6–9 лет) имеют на 50% меньше шипиков в пучке апикальных дендритов[англ.] пирамидальных нейронов префронтальной коры[12].
Множество сопровождающих старение невропатологий, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, сахарный диабет, артериальная гипертензия и атеросклероз, делают трудным распознать паттерн чистого старения мозга[18][19]. Одним из наиболее важных отличий чистого старения от патологического старения является расположение нейрофибриллярных клубков. Нейрофибриллярные клубки состоят из парных спиральных нитей[20]. При нормальном старении мозга (без возникновения деменции) количество нейрофибриллярных клубков относительно мало[20] и их расположение ограничено обонятельным ядром[англ.], парагиппокампальной извилиной, миндалевидными телами и энторинальной корой[21]. В случае старения без появления деменции происходит общее увеличение плотности нейрофибриллярных клубков, но без существенного изменения мест их расположения[21].
Другим основным нейрогенеративным вкладчиком в патологическое старение, обычно обнаруживаемым в мозгах пациентов с болезнью Альцгеймера, являются амилоидные бляшки[англ.]. Но в отличие от нейрофибриллярных клубков, амилоидные бляшки не являются стандартным признаком чистого старения[21].
Роль окислительного стресса
Возникновение когнитивных нарушений связывают с окислительным стрессом, воспалительными реакциями и изменениями в мозговых микрососудах[22]. Точный вклад каждого из этих факторов в когнитивное старение остаётся невыясненным. Из этих факторов окислительный стресс наилучшим образом поддаётся контролю и наиболее понятен. Онлайновый медицинский словарь Merriam-Webster определяет окислительный стресс как "физиологический стресс тела, вызванный совокупным ущербом, наносимым свободными радикалами, не в полной мере нейтрализованным антиоксидантами; считается связанным со старением"[23]. Таким образом, окислительный стресс — это повреждения, причиняемые клеткам свободными радикалами, высвобождаемыми при окислительных процессах.
По сравнению с другими тканями тела, мозг считается необычно чувствительным к окислительным повреждениям[24]. Повышенные окислительные повреждения ассоциированы с нейрогенеративными болезнями, лёгкими когнитивными нарушениями и индивидуальными особенностями мышления в здоровых пожилых людях. При "нормальном старении" мозг подвергается окислительному стрессу множеством способов, главными из которых являются окисление белков, перекисное окисление липидов и окислительные модификации ядерной[англ.] и митохондриальной ДНК[24]. Окислительный стресс может нарушить репликацию ДНК и ингибировать репарацию через множество разных процессов, включая укорочение теломер[25].
Повреждения ДНК
Множество исследований показывают, что с возрастом в мозгах млекопитающих накапливаются повреждения ДНК, в том числе повреждения одиночных нуклеотидов, одноцепочечные и двухцепочечные разрывы и сшивки[англ.][26]. Крысы в возрасте 4 дней имеют около 3000 одноцепочечных разрывов и 156 двойных разрывов в ДНК каждого нейрона, а крысы в возрасте более 2 лет около 7400 одноцепочечных разрывов и около 600 двойных разрывов[27].
В одном из исследований учёные изучили транскрипционный профиль в лобной коре людей в возрасте от 26 до 106 лет и выделили ряд генов, чья экспрессия изменяется после 40 лет. Учёные выяснили, что промоторы этих генов накопили ДНК-повреждения, связанные с окислением. Учёные заключили, что повреждения ДНК со временем изменяют экспрессию наиболее уязвимых генов, включая гены, вовлечённые в обучение, память и выживание нейронов. Таким образом, старение мозга отчасти является квазипрограммой, которая начинает реализовываться уже в раннем возрасте[28].
Иммунная система и жидкости
|
|
